Обоснование выбора структурной схемы модуля измерения ОСШ

5. Обоснование выбора структурной схемы модуля измерения ОСШ.

Так как метод измерения в разрабатываемом приборе будет такой же как в приборе ИСШ-4, то принципиально схема не изменяется. Структурная схема модуля измерения ОСШ изображена на рисунке 5.1.

Для обеспечения точости обработки сигнала и требований предъявляемых в ТЗ к входным параметрам разрабатываемого прибора входной сигнал подается на элемент структурной схемы - входной усилитель. Задачей которую должен решить этот блок является усиление входного сигнала и его отбор для дальнейшей обработки по выделению синхросигналов, а также обеспечение соответствия входного сопротивления и емкости данным указанным в ТЗ.

Для обеспечения работы всей схемы обработки алгоритма 3.5 вводится блок выделения синхросигналов. Блок выполняет задачу синхронизации всего процесса измерения либо с внешним источником синхронизации либо внутренне от импульсов синхронизации кадров и строчных синхроимпульсов входящих в состав полного видеосигнала. В функции этого блока входит также вывод на внешнее видеоконтрольное устройство (ВКУ) яркостной метки, указывающей место растра, где происходит измерение величины ОСШ. Выходными сигналами блока является синхроимпульс строки в которой производится измерение величины ОСШ и синхроимпульс по которому производится стробирование сигнала.

После блока входного усилителя полный видеосигнал попадает на первый коммутатор, задачей которого является выделение из полного видеосигнала сигнала строки в которой производится измерение.

Затем сигнал выделенной строки подается на устройство линейного сравнения и компенсации (УЛСК) которое производит нормировку в соответствии с формулой 3.2 и компенсацию величины В_о в составе сигнала выделенной строки.

После этого сигнал подается на второй коммутатор, который должен произвести стробирование при поступлении синхронизирующего импульса от блока выделения синхро-сигналов. Выходной величиной блока является U_k.

Для обеспечения дальнейшей обработки выборок шума, которая является уже чисто математически-статистической, производится преобразование аналог-код. Для этого вводится блок аналого-цифрового преобразования (АЦП) результатом работы которого является код соответствующий U_k - N_k .

В дальнейшем N_k подается на блок цифровой обработки и управления (БЦОиУ). Функциями блока является накопление массива N_k, вычисление ОСШ по формуле 3.5 по совокупности выборок N_k, управление УЛСК , выдача результата измерения на отображающее устройство.

И последним блоком структурной схемы является устройство отображения результата измерения (УОРИ).

6. Предварительный анализ погрешностей.

Упрощенная структурная схема модуля измерения ОСШ для предварительного анализа погрешностей имеет вид:

Структурная схема является разомкнутой.

Уравнение преобразования для приведенной выше схемы имеет вид:

где К₁ - К₆ коэффициенты преобразования соответствующих блоков.

Таким образом суммарная мультипликативная погрешность прибора равна:

где  коэффициенты влияния соответствующего блока на погрешность в целом.

Определим коэффициенты влияния  первого блока на мультипликативную погрешность

Аналогично .

Для мультипликативных погрешностей

Суммарная систематическая погрешность

Суммарная случайная погрешность (предварительно предположив нормальный закон распределения погрешностей блоков):

, где

- среднеквадратическое отклонение случайной состав-ляющей мультипликативной погрешности i - блока.

- коэффициент, учитывающий вид закона распределения и доверительную вероятность (Р=0,997; k=3).

По требованию ТЗ предел относительной допускаемой основной погрешности

%

Общая допустимая мультипликативная погрешность

Распределим мультипликативную составляющую погрешности таким образом:

Тогда мультипликативная составляющая систематической погрешности между блоками схемы распределена следующим образом:

Для аддитивной погрешности: (Uвх=0)

где  - аддитивная погрешность, действующая на вход i - го блока.

Приведенная ко входу устройства аддитивная погрешность:

Относительная приведенная ко входу аддитивная погрешность:

Номинальные коэффициенты предачи блоков 2,4,5,6 равны 1.

Тогда уравнение для аддитивной погрешности упрощается:

Основное влияние на общую аддитивную погрешность вносят  так как в первом блоке происходит умножение на К₁. Следовательно, основное внимание необходимо уделить уменьшению этой погрешности.

При номинальном значении Uвх (т.е. при К₃=1 )

где  аддитивная погрешность i - го блока.

Случайную составляющюю аддитивной погрешности, предположив ее нормальный закон распределения можно найти как:

.

Суммарная относительная аддитивная погрешность по ТЗ не должна превышать 1%.

Распределим эту погрешность следующим образом:

 (определяется шумами и квантования)

(определяется напряжением смещения операцион-ных усилителей и т.п.).

Оцениваю  вносимую индикатором результата измерения. По требованиям ТЗ индикатор должен быть трехразрядным и цена разряда равняется 0,1 dB. Следовательно индикатор будет вно-сить погрешность квантования индикации результата измерения равную 0,25%.

На основании предположений о законе распределения погрешности оцениваю необходимую разрядность АЦП

Деление на 1,5 необходимо для того, чтобы остался запас по погрешности для остальных блоков и других составляющих.

Разрядность АЦП равна

Итак, необходимая разрядность АЦП - 10 разрядов.

На остальные случайные составляющие аддитивной погрешности приходиться

То есть необходимо, чтобы выполнялось условие

Оценим допустимый уровень паразитных шумов (максимальное значение)на входе коммутаторов:

при U_{вх ном} =12В

.

Исходя из этих данных, можно выбрать элементарную базу (коммутаторы и операционные усилители).

Для систематической составляющей аддитивной погрешности:

Так как первый блок работает с малым входным сигналом, то

Оценим требования к напряжению смещения нуля опера-ционных усилителей (при U_{вх ном} =12 В)

во всем температурном диапазоне.

Аналогично определяется максимально допустимое остаточное напряжение на электронных ключах коммутатора:

Похожие работы

Измеритель коэффициента шума

Скачать

119959

17

32

... – 3 0,1; 0,2; 0,4; 1; 2; 4 N8974A 0,01 – 6.7 0,1; 0,2; 0,4; 1; 2; 4 N8975A 0,01 – 26.5 0,1; 0,2; 0,4; 1; 2; 4 Таблица 4.3 - Технические особенности ИКШ серии NFА Структурная схема измерителя коэффициента шума N8973A представлена на рисунке 4.4. Рисунок 4.4 - Структурная схема ИКШ N8973A В преобразователе частот (блок радиоприемного тракта) спектр входного сигнала сначала ...

Допплеровский измеритель скорости кровотока

Скачать

157070

33

0

... Аорта 30-60 Большие артерии 20-40 Вены 10-20 Малые артерии, артериолы 1-10 Венулы, малые вены 0.1-1 Капилляры 0.05-0.07 Ограничения, налагаемые на частотный диапазон существующих допплеровских измерителей скорости кровотока, обусловлены, в основном, двумя причинами: сложностью получения приемлемых параметров УЗ преобразователя, выполненного на основе пьезокерамики, для работы на ...

Устройство измерения отношения двух напряжений

Скачать

83278

20

0

... устройств относительно не велика, соответственно по форме финансирования это могут быть и частные фирмы и госпредприятия. Величина закупок данного вида устройств не может быть высока, т.к. операция измерения отношения двух напряжений является весьма специфической, хотя как таковая она может быть использована в управлении различными техпроцессами на заводах. Приобретая разрабатываемое устройство, ...

Однокритериальный измеритель частотной избирательности радиоприёмника

Скачать

81641

9

9

... 2. Разработка структурной схемы устройства 2.1 Расчёт основных системных показателей В данном разделе даётся описание метода обобщенной (однокритериальной) оценки частотной избирательности радиоприёмника, а так же соображения о построении аппаратуры. Предполагается применение двухчастотного зондирования с имитацией статистических характеристик прогнозируемой электромагнитной обстановки. ...